Material-Bestimmung auf Knopfdruck mittels NIR-Spektroskopie

Die Industrie strebt danach, Kunststoffe so gut und so umfassend wie möglich zu recyceln. Nur ist das nicht immer so leicht – besonders dann nicht, wenn verschiedene Kunststoffarten visuell nur schwer voneinander zu unterscheiden sind. Dann helfen Nah-Infrarot-Spektrometer (NIR), die die Kunststoffarten identifizieren und dadurch die weitere Verarbeitung erleichtern.

Die Firma trinamiX stellt ein mobiles NIR-Spektrometer her, das besonders für die Identifizierung von Multi- und Mono-Material-Folien geeignet ist. Aber auch darüber hinaus ist die Anwendung in der Lage, 30 Arten von Kunststoffen zu erkennen, darunter Standardkunststoffe (HDPE, LDPE, PP, PET, PS, PVC) sowie technische Kunststoffe (PA, ABS, PC, PLA). Zudem ist sie in der Lage, Mischungen von PE und PP zu quantifizieren. Dr. Nils Mohmeyer, Director Mobile Spectroscopy bei trinamiX, erläutert im Interview, welche Vorteile die Nutzung für die Anwender hat und für welche Branchen das NIR-Spektrometer geeignet ist.

Herr Dr. Mohmeyer, für welche Branchen und Endanwender ist Ihr Produkt geeignet?

Dr. Nils Mohmeyer: Die mobile NIR Spektroskopielösung von trinamiX bietet Einsatzmöglichkeiten entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Beginnend mit dem Design von industriell sortierbaren Verpackungen über die Qualitätskontrolle von eingehenden und ausgehenden Kunststoffen bis hin zur Sortierung für eine bessere Recyclingfähigkeit. Eine mobile Identifizierung von Kunststoffen und Textilien ist sowohl für die produzierende Industrie (insbesondere Kunststoff- und Kunststoffverpackungshersteller), die Textil- und Kleidungsindustrie als auch für Recycler von Kunststoffen und Textilien interessant.

Da die Lösung auch ohne Vorkenntnisse im Bereich Spektroskopie genutzt werden kann und über eine intuitive Nutzeroberfläche verfügt, kommt sie an der Sortieranlage auf dem Recyclinghof genauso zum Einsatz wie im Labor, der Wareneingangskontrolle und im Atelier für Verpackungsdesign.

Um den spezifischen Anforderungen von Textilrecyclern gerecht zu werden, haben wir ein halbautomatisches System entwickelt, das in einen Sortiertisch eingebaut ist und durch einen integrierten Sensor die Scans auslöst.

Wie unterscheidet das NIR-Spektrometer verschiedene Kunststoffarten?

Mohmeyer: Ein NIR-Spektrometer kann verschiedene Kunststoffarten anhand ihrer spektralen Eigenschaften unterscheiden. Jeder Kunststoff hat eine einzigartige spektrale Signatur, die durch die Absorptions- und Reflexionseigenschaften im nahinfraroten Lichtbereich erzeugt wird. Das Spektrometer erfasst diese Muster und ermöglicht die Identifizierung der Kunststoffarten.

Welche Auswirkungen hat die genaue Identifizierung von Kunststoffarten auf die Effizienz und Qualität des Recyclingprozesses?

Mohmeyer: Dank eindeutiger Identifizierung verschiedener Kunststoffarten können Materialien sortenrein getrennt werden. Das ist eine wichtige Voraussetzung für effizientes Recycling und hochwertige Rezyklate und damit die Grundlage für eine Kreislaufwirtschaft. Außer bei der Sortierung ist eine Identifizierung auch bei der Qualitätskontrolle wichtig. Die zuverlässige Materialidentifizierung mit dem mobilen NIR-Spektrometer von trinamiX vereinfacht die Überprüfung eingehender Materialien sowie die Freigabe von sortierten Kunststoff- und Textilballen maßgeblich. Sie unterstützt auch das Non-Conformance Management und die effiziente Verwaltung von Reklamationen, wodurch das Risiko von kostspieligen Fehlern und Verzögerungen verringert wird. Unsere Lösungen ermöglichen Unternehmen nicht nur Spot-Checks, sondern auch die umfassende Dokumentation von ein- und ausgehenden Materialströmen, ihre Visualisierung und Analyse und schaffen damit eine umfassende Transparenz für Hersteller und Recycler von Kunststoffen.

Welche Vorteile bietet die cloud-basierte Datenanalyse und das angeschlossene Kundenportal für Recycler und Hersteller?

Mohmeyer: Die Analyse der mit dem Spektrometer gemessenen Daten erfolgt anhand von chemometrischen Modellen in der von trinamiX bereitgestellten Cloud. Damit ist sichergestellt, dass jederzeit aktuelle und leistungsfähige Algorithmen zu Verfügung stehen. Alle Messungen werden in der Cloud gespeichert und sind zeitgleich sowohl in der App als auch im Kundenportal zugänglich. Über den Zugang im Kundenportal können Nutzer jederzeit auf aktuelle und historische Daten zugreifen, auch für verschiedene Geräte und Messkampagnen. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zum Vergleich von Messungen, zur Analyse und zur Optimierung von Prozessen sowie der Dokumentation von Qualitätskontrollen. Auch eine Echtzeitüberwachung ist möglich.

Die Identifikation von Kunststoffen funktioniert aber auch ohne Internetverbindung. Die Daten werden dann auf dem Gerät gespeichert und bei nächster Gelegenheit in die Cloud gesendet. Ein Vorteil in Regionen mit unzuverlässigem Mobilnetz.

Wie lange hat die Entwicklung gedauert und welche Herausforderungen mussten Sie überwinden?

Mohmeyer: trinamiX hat 2016 mit der Entwicklung von Infrarotsensoren begonnen und 2020 die erste komplette Spektroskopielösung auf den Market gebracht. Seitdem verbessern wir kontinuierlich unsere Produkte und Anwendungen und erweitern sie um neue Features. Eine besondere Herausforderung war die Miniaturisierung der Hardware und die parallele Entwicklung von digitalen Lösungen und Anwendungen. Dank der guten Zusammenarbeit aller Entwickler haben wir diese Aufgaben aber gut bewältigt.

Welche Rückmeldungen haben Sie von Kunden*innen über die Verwendung des mobilen NIR-Spektrometers erhalten?

Mohmeyer: Sehr viel Positives! Kundinnen und Kunden haben uns bestätigt, dass sie innerhalb von Sekunden und kinderleicht Kunststoffe identifizieren. Besonders positiv bewerten sie die kompakte Größe des Geräts und dass sie damit direkt zu den gelieferten Ballen gehen können, um die Kunststoffarten vor Ort zu unterscheiden.

Bei den Einsatzbereichen nennen unsere Kundinnen und Kunden immer wieder die Qualitätskontrolle. Hier wird die Lösung von trinamiX sehr häufig genutzt z.B. bei der Überprüfung von Kunststoffmischungen. Sie vergleichen dabei eine Produktprobe mit der Referenzprobe. Das schnelle Ergebnis dank des trinamiX Spektrometers spart hier oft bis zu einem Tag Testzeit im Labor.